Способ определения жесткости твердых тел

Союз Советсиик

Социалистичесиих

Республик

20330

М. Кл.

G 01 М 5/ОО

Йаударстввииьй квиитвт

СССР. ав,ввиам изобретений и вткрытнй

УД К 5 34.62. .23(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Соколов и H. С. Савин

Ленинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ?КЕСТКССТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к техническои механике и может быть использовано для определения жесткости твердых тел, преимущественно высотных сборных конструкций и .их элементов, например мачт, антенн, пилонов подвесных мостов, заводских труб, балок, валов и т.д.

Известен способ определения жесткости твердых тел, основанный на статическом испытании образцов (1)

Этот способ определения жесткости неприемлем для определения жесткости высотных конструкций, так как он примеиим лишь для определения жесткости конкретных деталей.

Известен другой способ определения жесткости твердых тел, включающий приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний 2 .

Этот способ наиболее близок по технической сущности к описываемому изобрежнию. Он основан на измерении жесткости подшипника и заключается в установке испытуемого подшипника на вибрэ стенд с регулируемой частотой вибрации, нагружения его осевым усилием и определении жесткости подшипника по величине резонансной частоты системы, образованной жесткостью самого подшипника

3 и массой подвижной части виброустановки.

Этот способ не может быть использован для определения жесткости высотных

t0 сооружений так как его реализация сопь ряжена с установкой испытуемого тела на вибросте нд.

Цель изобретения — обеспечение возможности определения жесткости высотных соор уже ний, Достигается это тем, что предлагаемым способом определения жесткости твердых тел, включающим приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний, перед приложением внешнего усилия на испытуемом теле закрепляют гиротахометр с осью чув"твительности, параллельной оси колебаний тела, а после приложения внешнего

720330 где М„„;„ низшая частота колебаний системы "тело-гиротахометр" относительно исследуемой оси; частота собственных недемпфированных колебаний гироузла (pотора и внутренней рамки) гиротахометра; частота нутационных колебаний системы "телогиротахоме rp

,„=н,/,,, момейт йнерции гироузла относительно своей оси вращения (оси процессии);

Hr = 39.— ки нетиче45 ский,момент гироскопа (J — полярный момент инерции ротора гироскопа;

Я, — угловая скорость собственного вращения ротора);

92 момент инерции системы

"тело-гиротахометр" относительно исследуемой оси.

Для высотных сооруже ний

55 и других удлиненных твердых тел момент гиротахометра значительно меньше момента инерции испытъ усилия гиротахометром измеряют низшую частоту собственных колебаний системы тело-гиротахометр" и по измеренной частоте определяют жесткость тела.

Сущность способа заключается в следующем.

Колебательное движение системы тело-гиротахометр" обеспечивается путем предварительной закрутки или изгиба («апример, посредством домкрата) испытуемого тела относительно измеряемой оси на некоторый угол. При определении жесткости высотных сооружений в качестве крутящего (изгибающего) усилия в ряде случаев могут быть использованы как естественные явления природы, например сильные порывы ветра, землетрясения, так и искусственные, например турбулентность, создаваемая турбиной реактивного двигателя или винтом вертолета, искусь ственные землетрясения и тому подобные явления.

Жесткость тела вычисляют по формуле: а И/ 4;и(ж! . )

r (тц мого тела, поэтому им можно пренебречь и считать момент инерции системы "тело-гиротахометр" равным моменту инерции испытуемого тела.

Сущность способа поясняется чертежом на котором изображена система тело-гиротахометр".

Система содержит испытуемое тело 1 в виде мачты с заземленным основанием, ротор 2 гироскопа, внутреннюю рамку 3 гиротахометра, корпус (внешняя рамка) 4 гиротахометра, пружины 5 гиротахометра, датчик 6 угла гиротахометра, массу

7, имитирующую присоединенную массу испытуемого тела, участвующую в колебательном движении (имитация приведенного момента инерции тела 3„ или при определении жесткости на кручение стержневых тел имитация эталонного момента инерции относительно оси СС колебаний, ось АЛ собственного вращения ротора гироскопа, ось-ВВ подвеса внутренней рамки гиротахометра (ось процессии), ось-СС колебаний тела, ось"ОХ чувствительности гиротахометра.

На верхнем свободном конце ис пытуемого тела 1 жестко крепится корпус 4 гиротахометра так, чтобы его ось ОХ чувствительности совпадала с осью СС колебаний тела.

После приложения крутящего момента к испытуемому телу относительно оси СС оно будет совершать свободные колебания и по временной зависимости выходного напряжения U датчика 6 угла гиротахометра, пропорционального угловой скорости собственных колебаний тела, судят о низшей частоте колебаний системы "тело-гиротахометр, Измерение частоты осуществляется при запушенном роторе 2 и наличии напряжения питания

Ц на датчике 6 угла.

По измеренной низшей частоте колебаний системы тело-гиротахометр и при известном относительно измеряемой оси моменте инерции тела 1, известной частоте собственных недемпфированных колебаний гироузла, включающего ротор

2 и рамку 3, и частоте нутационных колебаний системы "тело-гиротахометр" по формуле определяют искомую жесткость тела.

Регистрация собственных колебаний тела может осуществляться дистанцион но, например, шлейфным осциллографом или самописцем.

5 720330

Предлагаемый способ позволяет установить приближенную зависимость жест- в кости тела (конструкции) от его ампли- р туды колебаний, что особенно важно при .нелинейной жесткости тела или при пос ледовательном включении в работу элемен- л тов сборной конструкции. ч

С У

ix.

Составитель В. Алекперов

Редактор И. Марголис Техред М, Петко Корректор Г. Решетник

Заказ 10211/31 Тираж 1019 Подпис ное

UHHHIlH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобре те ния

Способ определения жесткости твердых тел, включающий приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения воэможности определения жесткости вы6 отпых сооружений, перед приложением нешнего усилия на испытуемом теле закепляют гиротахометр с осью чувствительности, параллельной оси колебаний тела, а пжле приложения внешнего усиия гиротахометром измеряют низшую астоту собственных колебаний системы

"тело-гиротахометр" и по измеренной частоте определяют жесткость тела.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 415534, кл. Gг01 М 5/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 179974, кл. G- 01 М 5/00, 1965 (прототип).